Жидкокристаллические нематические вещества

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («) 5! 3969

Ьав 6вввтскнх

Ввцнаднстнчвана

Ресвублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.10.73 (21) 1960592/04 с присоединением заявки № (23) Приоритет — (32) 05.10.72;

23.11.72 (31) WP С07с/166044; (33) ГДР

WP С07с/167033;

WP С07с/167034

Опубликовано 15.05.76. Бюллетень ¹ 18 (51) М. Кл. С 07С 69/78 и уддрственный комитет

Веаета Министров CCCP ив девам изобретений н открытий (53) У ДК 547.581.2 26. .07 (088.8 ) Дата опубликования описания 12.01.77 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Вольфганг Вайсфлог, Херманн Шуберт, Хорст Крессе, Адальберт Вигельебен и Дитрих Демус (ГДР) Иностранное предприятие

«ФЕБ Верк Фюр Фернзеэлектроник» (ГДР) (71) Заявитель (54) ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ

НЕМАТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к новым веществам, которые могут найти применение в электрооптических устройствах для модуляции проходящего или падающего света, для воспроизведения цифр, знаков и изображений, а также в качестве стационарной фазы в газовой хроматографии.

Применяемые до сих пор нематические вещества, например анилы, азо- и азоксисоединения, обладают различными существенными недостатками, в частности имеют мешающую собственную окраску; химически мало устойчивы к воздействию воздуха, тепла, влаги, ультрафиолетового облучения и электрических полей; имеют слишком узкую область существования нематической фазы; имеют слабо выраженный эффект динамического рассеяния, а вследствие этого недостаточную контрастность электрооптических ячеек.

Известны жидкокристаллические нематические вещества — и-фениловые эфиры гидрохинона, которые лишены указанных недостатков: бесцветны, химически стабильны и имеют широкую область существования нематической фазы. Однако они высокоплавки, температуры перехода в нематическую фазу (т. пл.)

130 — 215 С и выше, что затрудняет их практическое использование.

Предлагаются новые жидкокристаллические нематические вещества общей формулы с ю, ю с °, R (1) г

1О R и R обозначают С„Нг„+«С Нг +10, СпНгп+1СОО, СпНгп+1ОСОО при и= 1 — 10;

13 обозначают С1, Вг, СНг, СгН5, СНгСО, СнгООС1 отличающиеся гораздо более низкими темпе15,ратурами плавления, лежащими в интервале

44 — 120 С, и еще более широким температурным интервалом существования нематического состояния. Это достигается наличием О-заместителя в центральном фенольном кольце

20 молекулы нематического вещества.

Вещества общей формулы 1 получают путем ацилирования в пиридине двойным молярным количеством соответствующего бензоилхлорида.

25 Соединения с одинаковыми боковыми группами формулы 1 получают взаимодействием

4-замещенного бензоилхлорида с 2-замещенным гидрохиноном.

513969

Таблица 1

Вещество;

Т, прозр., DC

R1= R2

Т. пл., С

Соединения формулы 1 с неодинаковыми боковыми группами (R> Rq) могут быть получены разными способами: взаимодействием моно-4-замещенного бензоил-2-замещенного гидрохинона с 4-замещенным бензоилхлоридом; одновременной этерификацией обеих гидроксильных групп двузамещенного тидрохинона и двумя или более различно четырехзамещенными бензоилхлоридами до смеси в ех возможных изомеров двузамещенного гидрохинондиэфира; бензоилхлорнды могут вводиться в одинаковых или различных количественных соотношениях друг относительно друга.

Вещества и смеси по изобретению могут быть смешаны друг с другом и с другими жид5 кокристаллическим и соединениями, например 4-и-пентилоисибензоил-4-н-октило ксифенолом, 4-метокси-4-капролоксиазобензолом, а также нежидкокристалличеокими соединениями, например дифенилом, азобензолом, 10 октадеканолом, метилоранжем. Путем изготовления таких смесей точки плавления могут быть снижены еще дальше.

Вещества согласно изобретению пригодны

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

24

26

27

28

29

31

32

33

34

36 с,н„о

С,Н„О с,н„

c,,í, C H„COO

С,НПOCOG

C H GCGG

Сзн110СОО

С,Н ЗО сн„о

СЗН11

С1Н1б

С,,Н,COO

Сб Н11СОО

С,Н1зо

СзН„О сн, с,н, С4нзсоо

С,Н1,COO

Сб Н110СОО

С,Н„ОСОО

C6H 130 с,н„о

c3H? сн, СбН11

С8Н13

С,Н1, С4НЗСОО

C H CGO

С61 «130

С,н, СЗН1ЗО с,н„

С4нзсоо

Cl

Cl

CI

С1

Cl

CI

CI

Cl

Br

Br

Вт

Br

Br

Br

СНЗ

СН, СН

СН3

СН, СН3

С1.13

СН, с,н, с,н с,н, сн„ с,н с,н, с,н, с,н, сн, С НзСО

СНзСО

С Нзоо С

СНзООС

СН,OOC

89

79

79

124

117

82

7о

97

76

82

121

119

72

78

79

126

83

82

62

57

52

63

44

51

82

72

102

98

81

179

161

124

208

157

133

148

134

113

2!4

202

178

159

146

122

217

209

161

132

119

118

91

172

162

139

87

166

513969

Количество, вес.

Т. пл., СС

Т. прозр„

ОС

Вещество

24

50

44 — 48

107

35

59

168

Т аблица 3

Количество, Bec %

Т. пл., С

Т. прозр., 0С

Вещество

C>H O — ) — СОΠ— ОС8Нi7

3 "> — 40

/ Щ0 OC Hu

СН,0

20,0

19,0

С4Нв 0 СОО 0 СаН13 б

23,1

37,9 в нематическом состояиин для применения в качестве стационарной фазы для газохроматографии. Так, например, возможно разделение смеси изомеров таких замещенных бензолов, как м-ксилол и п-ксилол.

Предлагаемые вещества бесцветны, устойчивы против химических воздействий воды или воздуха, а также против воздействия света, устойчивы при работе до температур выше

150 С, а также против электрических постоянных и переменных полей. Температуры плавления их относительно низки, а также сравнительно высоки температуры сохранения прозрачности, за счет чего получается большая область существования нематических свойств.

Чистые и смешанные вещества имеют ярко выраженный динамический эффект рассеяния и позволяют поэтому изготовлять очень контрастные электрооптические элементы.

Пример 1. Получение соединения с одинаковыми боковыми группами (R> — — К ).

Для получения соединений по изобретению

0,02 моля четырехзамещенного бензоилхлорида растворяют в 20 мл сухого пиридина и при помешивании и охлаждении льдом раствор по каплям добавляют к 0,01 молю соответствующего гидрохинона в 50 мл сухого пиридина.

Смесь оста вляют на ночь прои комнатной температуре, затем нагревают в течение 5 мин на водяной бане и после охлаждения вливают в смесь концентрированной соляной кислоты со льдом. Остаток отсасывают, промывают разведенной соляной кислотой и водой и перекристаллизовывают. В качестве растворителя пригодны, например, этиловый спирт или и-гексан. Выход 60 — 70% от теоретического.

Пример 2. Получение соединений с неодинаковыми боковыми группами (R>+R ).

По 0,01 моля 4-и-пропилбензоилхлорида и

4-и-гексилбензоплхлорида растворяют в 10 мл сухого пиридина и при охлаждении льдом и

5 помешивании добавляют к 0,01 молю этилгидрохинона и 50 мл сухого ппрпдина. После продолжительного стояния и короткого нагрева до 50 С раствор после охлаждения выливают в смесь концентрированной соляной кис10 лоты со льдом, причем желаемое соединение выделяют в нематпческом состоянии. Соединение плавится при температурах от — 10 до

+8 С с образованием нематической жидкости, которая допускает многочасовое переох15 лаждение до — 80 С. Между +70 и +80 С смесь превращается в изотропную жидкость.

Смесь в нематическом состоянии имеет очень хороший динамический эффект рассеяния с контрастностью б:1 (азоксианизол имеет кон20 трастность 4: 1).

Пример 3. В табл. 1 приведены температуры плавления и температуры прозрачности нематическпх веществ по изобретению общей формулы 1.

П р и и е р 4. Прпмеры смесей веществ по изобретению приведены в табл. 2.

Таблица 2

513969

Формула изобретения

0 — С Н (I)

Составитель И. Горина

Техред 3. Тараиенко

Редактор Е. Хорина

Корректор Л. Котова

Заказ 134/4 ° Изд. 4 1533 Тираж 575 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

П ример 5. Примеры смесей веществ по изобретению с другими жидкокристаллическими веществами приведены в табл. 3.

Предлагаемые вещества вместе с другихгн жидкокристаллическими или нежидкокристаллическими веществами могут применяться в электрооптических ячейках следующей конструкции, приведенной на чертеже.

Ячейка состоит из слоя жидкого кристалла

1, толщина которого предпочтительно составляет 10 — 100 мкм. Обе стеклянные пластины

2 и 3 имеют прозрачные электропроводящис электроды 4 и 5, которые предпочтительно состоят из двуокиси олова. Свет проходит через ячейку в показанном направлении. Если к электродам приложить постоянное пли переменное напряжение, то выше определенного порогового напряжения наступает состояние рассеяния в слое жидкого кристалла и интенсивность проходящего света ослаблена. Отношение прозрачностей слоя без и с электрическим полем достигает при этом величин

20: 1 и более, например, когда приложено постоянное напряжение 50 В.

Если прозрачные электропроводящие электроды имеют форму определенного знака, то этот знак может быть воспроизведен данным устройством. При применении семисегментных электродов могут быть, например, воспроизведены все цифры от 0 до 9. Если в качестве электродов применяют небольшие параллельные изолированные друг от друга электрические полоски, причем направления полосок переднего и заднего электрода образуют угол 90, то слоем можно управлять по точкам, что позволяет воспроизвести любые знаки, цифры и изображения.

Если задний электрод 5 изготовлен не из прозрачного, а из напыленного отражающего металла, например алюминия, серебра, хро.4а, золота или платины, то ячейка может ра5 ботать на отраженном свете, Путем приложения напряжения повышается рассеяние света в слое и происходит посветление. Отношение интенсивности рассеяного света без и с электрическим полем может при этом достигать

I0 значений 1: 20 и более при приложенном постоянном напряжении 50 В. Если электроды имеют соответствующие формы, то также и при этом отражательном варианте можно изображать любые знаки, цифры и изображе15 пня.

Жидкокристаллические пематические веще20 стга общей формулы где R и R обозначают C„H»+0 С„Н2„10, С Н +1СОО, С На+10СОО при п=1 — 10;

14 обозначает Cl, Вг, СН, С2Н;, СН.СО, СНЗООС.

30 Приоритет по признакам:

05.10.72 (WP С 07с/166044) при R> = R2, Кз = СзНз в формуле 1.

23.11.72 (WP С07с/167033) при R> —— Кв и R3 равен значениям в формуле 1.

35 23.11.72 (WP С 07с/167034) при Ra— = С На, а R1 и Кв равны значениям, указанным в формуле I,